第四章現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)通信模型第1頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三內(nèi)容提要典型的現(xiàn)場總線HARTCAN第2頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三什么是HART協(xié)議HART協(xié)議（HighwayAddressibleRemoteTransducer）：是Rosemount公司于1986年提出的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)現(xiàn)4~20mA模擬信號與數(shù)字通訊兼容的標(biāo)準(zhǔn)，是現(xiàn)場總線的過渡性標(biāo)準(zhǔn)。HART協(xié)議是一個開放性協(xié)議，已成為智能儀表事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn);1996年，HART協(xié)議產(chǎn)品產(chǎn)量為60萬臺，F(xiàn)isher-Rosemount公司的25萬臺變送器中HART協(xié)議產(chǎn)品約占76%。專家們預(yù)計，HART在國際上的使用壽命為15~20年，在國內(nèi)由于客觀條件所限，這個時間會更長一些。第3頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三HART協(xié)議簡介HART協(xié)議（可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)公路）：是用于現(xiàn)場智能儀表和控制室設(shè)備間通訊的一個過渡性協(xié)議。HART不是真正的現(xiàn)場總線，而是從模擬控制系統(tǒng)向現(xiàn)場總線過渡的一塊踏腳石。HART通訊協(xié)議參照“ISO/OSI”的模型標(biāo)準(zhǔn)，簡化并引用其中的1，2，7三層制定而成，即：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。第4頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三HART協(xié)議HART協(xié)議層次第5頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三HART協(xié)議物理層HART協(xié)議實(shí)現(xiàn)模擬通信和數(shù)字通信同時進(jìn)行而互不干擾，采用基于Bell202標(biāo)準(zhǔn)的FSK頻移鍵控信號，在低頻的4～20mA模擬信號上疊加音頻數(shù)字信號進(jìn)行雙向數(shù)字通信。音頻數(shù)字信號的幅度為0.5mA，數(shù)據(jù)傳輸率為1200bps，1200Hz代表邏輯“1”，2200Hz代表邏輯“0”，第6頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三HART協(xié)議物理層采用了Bell202標(biāo)準(zhǔn)的FSK頻移鍵控技術(shù)。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：波特率1200bps邏輯11200Hz邏輯02200Hz第7頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三HART協(xié)議物理層實(shí)現(xiàn)了4~20mA模擬信號與數(shù)字通信的兼容。單臺設(shè)備通信距離達(dá)3000m；多站結(jié)構(gòu)可達(dá)1500m。第8頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三HART數(shù)據(jù)鏈路層通信方式主從式通信由主設(shè)備來控制數(shù)據(jù)幀的傳送最多允許15個從設(shè)備連接到一條多點(diǎn)通訊線上突發(fā)模式從設(shè)備定時重復(fù)發(fā)送數(shù)據(jù)幀半雙工通訊方式尋址范圍：0~15當(dāng)?shù)刂窞?時，處于4~20mADC與數(shù)字通信兼容狀態(tài)。當(dāng)?shù)刂窞?~15時，則處于全數(shù)字通信狀態(tài)。第9頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三HART數(shù)據(jù)鏈路層通訊幀格式

PREMBCNTDELMSTATUSADDRDATACMDCHKPREM:Preamble序文 BCNT:Bycount字節(jié)數(shù)DELM:Delimiter起始字符 STATUS:變送器通訊狀態(tài)ADDR:Address地址（源地址和目的地址） DATA:通訊數(shù)據(jù)CMD:Command命令號 CHK:Checksum校驗(yàn)和數(shù)據(jù)幀長度不固定，最長25個字節(jié)。第10頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三HART協(xié)議應(yīng)用層通用命令(UniversalCommend)：對所有符合HART協(xié)議的現(xiàn)場設(shè)備都適用的命令。包括以下內(nèi)容：讀變送器的量程、單位以及阻尼時間常數(shù)；讀出傳感器串聯(lián)數(shù)目及其限制；寫入輪詢地址；讀出制造廠及產(chǎn)品型號；讀出主變量及單位；讀出電流的輸出及百分比輸出；讀寫8個字符的標(biāo)牌號，16個字符的描述內(nèi)容以及日期等；第11頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三HART協(xié)議應(yīng)用層普通應(yīng)用命令(Common-PracticeCommand)：適用于大部分符合HART協(xié)議的產(chǎn)品，但不同公司的HART產(chǎn)品可能會有少量區(qū)別，如寫主變量單位，微調(diào)DAC零點(diǎn)和增益等。主要包括：寫入阻尼時間常數(shù)；寫入變送器量程；標(biāo)定（設(shè)置零點(diǎn)和量程）；微調(diào)主變量零點(diǎn)；微調(diào)DAC的零點(diǎn)和增益；完成自檢及主機(jī)復(fù)位；第12頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三HART協(xié)議應(yīng)用層特殊命令(Transmitter-SpecificCommand)：僅適用于某種具體的現(xiàn)場設(shè)備。這是各家公司的產(chǎn)品自己所特有的命令，不互相兼容，如特征化，微調(diào)傳感頭校正等。主要命令包括：讀出或?qū)懭腴_方小流量截斷值；啟動、停止或清除累積器；選擇主變量（質(zhì)量流量或密度）；讀出或?qū)懭虢M態(tài)信息資料；微調(diào)傳感器的標(biāo)定；第13頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三基于HART協(xié)議的硬件設(shè)計4～20mALOOPRTNHARTMODEM電源模塊AD421AD7715CPUGND參考電壓源傳感器模塊VCCVCCZEROSPAN參考電壓源EEPROMAIN+AIN-智能變送模塊VCCA1A2GND第14頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三基于HART協(xié)議系列變送器的硬件設(shè)計HART通訊模塊的電路設(shè)計FSK頻移鍵控信號Bell202MODEM帶通濾波器輸出波形整形電路第15頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三基于HART協(xié)議系列變送器的

硬件設(shè)計低功耗技術(shù)HART數(shù)字通訊的要求智能變送模塊的功耗1.5mA低功耗芯片：A/D、D/A、EEPROM和MODEM總的工作電流限制在1.0mA高效、低功耗的CPU傳感器模塊的功耗第16頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三基于HART協(xié)議系列變送器的

硬件設(shè)計抗干擾技術(shù)電磁濾波WDT電源監(jiān)控軟件自診斷第17頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三基于HART協(xié)議系列變送器的

硬件設(shè)計本質(zhì)安全技術(shù)減少儲能元件雙重冗余齊納管符合本質(zhì)安全標(biāo)準(zhǔn)第18頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三基于HART協(xié)議系列變送器的

軟件設(shè)計軟件模塊劃分AD采樣控制模塊AD-DA轉(zhuǎn)換模塊HART鏈路層模塊HART命令層模塊鍵處理模